計算機組成原理經(jīng)典大題及解析

1、1.某機主存容量為4Mx 16位，且存儲字長等于指令字長， 若該機的指令系統(tǒng)具備 97種操作。操作碼位數(shù)固定，且具有直接、間接、立即、相對、基址五種尋址方式。（1）畫出一地址指令格式并指出各字段的作用;（2）該指令直接尋址的最大范圍（十進制表示）（3） 一次間址的尋址范圍（十進制表示）；（4）相對尋址的位移量（十進制表示）。（注意：答案原題為 85種操作）L 0分,答；（1） 地址指令格式為（1分）OPMA0P操作科字段，共7位，可反映85種操作;M &址方式特征字段，共3位，可反映6種尋址方式；A 形式地址字段，共16-7-3 = 6位 （I分）（2）直接尋址的最大范用為呼=6411

2、分）（3）由于有讀字代為32位，故一次間址的尋址他國為2” = 65536 （1分）（4）相對尋址的位移量為-32-+31（1分）2、主存容量16MB, Cache容量8KB ,塊大小32B, CPU字長為4B、訪問的主存地址為字 地址。4路組相聯(lián)映像方式時。（1）設Cache初態(tài)為空，CPU需從主存0#字單元起依次讀出100個字（每次1個字），CPU 訪問Cache的命中率是多少？（2）對上一小題，若 Cache速度是主存的5倍，相對于無 Cache時，CPU訪存速度提高多 少倍？ #仞4： CPU支持最大主存容量 16MB、按字節(jié)編址，塊大小為 32B, Cache容量為8KB。4路組相聯(lián)

3、映像方式時，主存及Cache地址格式及參數(shù)？設Cache初態(tài)為空，CPU從0#主存單元起依次讀出 200個字節(jié)（每次1個字節(jié)），CPU 訪問Cache的命中率是多少？對上一小題，若 Cache速度是主存的5倍（包含地址變換時間），相對于無Cache時, CPU訪存速度提高多少倍？解；Cache及主存地址格式及參數(shù); 啦一一2位一5位組號1組內(nèi)塊號塊內(nèi)地址1Cache 蛔連續(xù)200個字節(jié)對應連續(xù)200/32=7個主存塊, '7<26=64,二7個主存塊調(diào)入到Cache連續(xù)7個組中 CPU訪問Cache 的命中率=（200-7）00=96 5%；訪存速度提高二TJ（O. 965*0.

4、 2Tm4O. 035*Tb） -4. 39內(nèi) 俞#3、設某機有 5級中斷：L0,L1,L2,L3,L4 ,其中斷響應優(yōu)先次序為：L0最高，L1次之，L4最低?，F(xiàn)在要求將中斷處理次序改為L1>L3>L0>L4>L2,請?zhí)顚懴卤?，設置各級中斷處理程序的各中斷屏蔽值(每級對應一位，該位為“0”表示允許中斷，該位為“1”表示中斷屏蔽)。中斷處理程序中斷處理級屏敝位L0級L1級L2級L3級L4級L0中斷處理程序L1中斷處理程序L2中斷處理程序L3中斷處理程序L4中斷處理程序4、指令格式如下所示， OP為操作碼字段，試分析指令格式特點。(10分)312622 1817 16150

5、OP源寄存器變址寄存器偏移量解：(1)操作碼字段為6位，可指定26 = 64種操作，即64條指令。(2)單字長(32)二地址指令。(3) 一個操作數(shù)在原寄存器(共16個)，另一個操作數(shù)在存儲器中(由變址寄存器內(nèi)容+偏移量決定)，所以是RS型指令。(4)這種指令結(jié)構(gòu)用于訪問存儲器。6、盤磁組有六片磁盤，每片有兩個記錄面，存儲區(qū)域內(nèi)徑22cm,外徑33cm,道密度 40道/cm,內(nèi)層位密度 400位/cm，轉(zhuǎn)速2400轉(zhuǎn)/分。問：(1)有多少個存儲面可用？(2)有多少柱面？(3)盤組總存儲容量是多少？(4)數(shù)據(jù)據(jù)傳輸率是多少？(5)如采用定長數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么？解：(1)有效

6、存儲區(qū)域=16.511 = 5.5(cm)因為道密度=40道/cm,所以共有40X 5.5=220道，即220個圓柱面。(2)內(nèi)層磁道周長為 2兀 R=2X3.14X 11 = 69.08 (cm)每道信息量=400位/cm X 69.08cm = 27632位=3454B每面信息量=3454B X 220= 759880B盤組總?cè)萘?759880B X 10= 7598800B = 7.25MB(3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率 Dr=rx NN為每條磁道容量，N = 3454Br為磁盤轉(zhuǎn)速，r = 2400轉(zhuǎn)/60秒=40轉(zhuǎn)/秒Dr=rX N = 40X 3454B= 13816B/S(4)磁盤旋轉(zhuǎn)一圈

7、的時間為平均尋址時間Ta= 10ms+ 25/2ms = 22.5ms(5)采用定長數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個扇區(qū)，7、用32K*8位的EPROM芯片組成128K*16位的只讀存儲器，試問：(1)數(shù)據(jù)寄存器多少位？(2)地址寄存器多少位？(3)共需多少個EPROM芯片？(4)畫出此存儲器組成框圖解：(1) 32Kx 8位的只讀存儲器芯片內(nèi)數(shù)據(jù)寄存器應為8位(2) 32Kx 8位的只讀存儲器應有 32K個存儲單元，32K= 215 ,所以有15位地址，芯 片的地址寄存器應為 15位。(3)需要的芯片數(shù)=(128KX16位)/(32KX8位)=8 (片)其中 采用位擴展方式，2片32Kx

8、 8位擴展為32Kx16位芯片組，采用字擴展方式，4組32Kx 16位芯片組構(gòu)成128K X 16位的存儲器。(4) 32Kx 8位的存儲器芯片需要 15位地址，128Kx 16位存儲器需要17位地址，高2位地址進行譯碼產(chǎn)生 4個片選信號，可選擇 4組芯片組一組進行操作。CPU和存儲器的硬件接線圖如下：WKCPUWE A CK32Kx 832K M 8731Kx 832KX8)TV：.C8、假設機器字長16位，主存容量為128K字節(jié)，指令字長度為16位或32位，共有128條 指令，設計計算機指令格式，要求有直接、立即數(shù)、相對、基值、間接、變址六種尋址方式。解：由已知條件，機器字長 16位，主存

9、容量 128KB / 2 = 64KB 字，因此 MAR = 18位，共 128條指令，故OP字段占7位。采用單字長和雙字長兩種指令格式，其中單字長指令用于 算術(shù)邏輯和I / O類指令，雙字長用于訪問主存的指令。15 q力 3 ? 加0PRiR.J+J15 SU 6 53 2 口，OPXRjI)a尋址方式由尋址模式 X定義如下:X ;二 000直接尋址E =D (64K)X ;二 001立即數(shù)D ;=操作數(shù)X ;二 010相對尋址E =PC + D PC = 16 位X ;二 011基值尋址E =:Rb + D , Rb =16 位X ;二 100間接尋址E =(D)X ;二 101變址尋址E

10、 =RX + D , RX = 10 位64位機主存采用半導體存儲器，其地址碼為26位，若使用4M X 8位的DRAM芯片組成該機所允許的最大主存空間，并選用內(nèi)存條結(jié)構(gòu)形式，問：(1)若每個內(nèi)存條為16Mx 64位，共需幾個內(nèi)存條？(2)每個內(nèi)存條內(nèi)共有多少 DRAM 芯片？(3)主存共需多少DRAM芯片? CPU如何選擇各內(nèi)存條10、圖1是從實時角度觀察到的中斷嵌套。試問，這個中斷系統(tǒng)可以實行幾重中斷？并分析圖1的中斷過程。解：該中斷系統(tǒng)可以實行 5重中斷，中斷優(yōu)先級的順序是，優(yōu)先權(quán)1最高，主程序運行于最低優(yōu)先權(quán)(優(yōu)先權(quán)為 6)。圖B15.2中出現(xiàn)了 4重中斷。圖B15.2中中斷過程如下：主

11、程序運行到T1時刻，響應優(yōu)先權(quán)4的中斷源的中斷請求并進行中斷服務；到T3時刻，優(yōu)先權(quán)4的中斷服務還未結(jié)束，但又出現(xiàn)了優(yōu)先權(quán)3的中斷源的中斷請求；暫停優(yōu)先權(quán)4 的中斷服務，而響應優(yōu)先權(quán) 3的中斷。到T4時刻，又被優(yōu)先權(quán) 2的中斷源所中斷，直到 T6 時刻，返回優(yōu)先權(quán) 3的服務程序，到T7時刻，又被優(yōu)先權(quán)1的中斷源所中斷，到 T8時刻， 優(yōu)先權(quán)1的中斷服務完畢，返回優(yōu)先權(quán) 3的服務程序，直到 T10優(yōu)先權(quán)3的中斷服務結(jié)束， 返回優(yōu)先權(quán)4的服務程序，優(yōu)先權(quán) 4的服務程序到T11結(jié)束，最后返回主程序。圖中，優(yōu) 先權(quán)3的服務程序被中斷 2次，而優(yōu)先權(quán)5的中斷又產(chǎn)生。知某機采用微程序控制方式，其控制存儲器

12、容量為512X48 （位），微程序在整個控制存儲器中實現(xiàn)轉(zhuǎn)移，可控制的條件共4個，微指令采用水平型格式， 后繼微指令地址采用斷定方 式，如圖所示：微命令字段判別測試字段下地址字段一操作控制一 <順序控制->微指令中的三個字段分別應多少位？畫出對應這種微指令格式的微程序控制器邏輯框圖。解：（1）假設判別測試字段中每一位為一個判別標志， 那么由于有4個轉(zhuǎn)移條件，故該字段為4位，（如采用字段譯碼只需 3位），下地址字段為9位，因為控制容量為512單元， 微命令字段是（48 - 4 - 9 ） = 35位。（2）對應上述微指令格式的微程序控制器邏輯框圖B1.2如下：其中微地址寄存器對應下地

13、址字段，P字段即為判別測試字段，控制字段即為微命令子段， 后兩部分組成微指令寄存器。地址轉(zhuǎn)移邏輯的輸入是指令寄存器OP碼，各狀態(tài)條件以及判別測試字段所給的判別標志（某一位為1）,其輸出修改微地址寄存器的適當位數(shù)，從而實現(xiàn)微程序的分支轉(zhuǎn)移。圖 B1.212、某磁盤存貯器轉(zhuǎn)速為 3000轉(zhuǎn)/分，共有4個記錄面，每毫米5道，每道記錄信息為12288字節(jié)，最小磁道直徑為 230mm,共有275道。問：磁盤存貯器的容量是多少？最高位密度與最低位密度是多少？磁盤數(shù)據(jù)傳輸率是多少？（4）平均等待時間是多少？解（1）每道記錄信息容量=12288字節(jié)每個記錄面信息容量=275X 12288字節(jié)共有4個記錄面，所

14、以磁盤存儲器總?cè)萘繛椋? X 275X12288 字節(jié) =13516800 字節(jié)(2)最高位密度 D1按最小磁道半徑 R1計算(R1 = 115mm):D1 = 12288 字節(jié) / 2ttR1 = 17 字節(jié) / mm最低位密度D2按最大磁道半徑R2計算：R2 = R1 +(275 + 5) = 115 + 55 = 170mmD2 = 12288 字節(jié) / 2ttR2 = 11.5 字節(jié) / mm(3)磁盤傳輸率 C = r Nr = 3000 / 60 = 50 周 / 秒N = 12288字節(jié)(信道信息容量)C = r - N = 50 X 12288 = 614400 字節(jié) /秒(4

15、)平均等待時間=1/2r = 1 / (2 X50) = 10毫秒 13、某微機的指令格式如下所示:1510 98 70操作碼XDD:位移量X:尋址特征位X=00 :直接尋址；X=01 :用變址寄存器 X1進行變址；X=10 :用變址寄存器 X2進行變址；X=11 :相對尋址設(PC) =1234 H,( X1)=0037H,( X2)=1122H(H 代表十六進制數(shù))，請確定下列指令的有效地 址。4420H 2244H 1322H 3521H 6723H14、某16機機器所使用的指令格式和尋址方式如下所示，該機有20位基值寄存器，16個16位通用寄存器。指令匯編格式中的S (源)，D (目標

16、)都是通用寄存器，M是主存中的一個單元。三種指令的操作碼分別是MOV (OP) = (A) H, STA (OP) = (1B) H, LDA(OP) = (3C) Ho MOV是傳送指令，STA為寫數(shù)指令，LDA為讀數(shù)指令，如圖1:DP目標輯1510 98 74 30MOV S, D20位地址STA S, MSTA S. M要求： 下列情況下每個十六進制指令字分別代表什么操作？其中如果有編碼不正確，如何改正才能成為合法指令？d (F0F1) H (3CD2) H (2 (2856) H O (6DC6) H解：根據(jù)以知條件：MOV ( OP) =00010101 ， STA( OP) =011011， LDA( OP) =111100，將指令的十六進制格式轉(zhuǎn)換為二進制代碼且比較后可知：d (F0F1) H (3CD2) H指令代表 LDA 指令，編碼正確，其含義是把主存(13CD2) H地址單元的內(nèi)容取至15 號寄存器。(2856) H代表MOV指令，編碼正確，含義是把5號源寄存器的內(nèi)容傳送至 6目標寄存器。3 (6DC6) H是單字長指令，一定是 MOV指令，但編碼錯誤，可改正為(28D6) H。(1C2) H是單字長指令，代表 MOV指令，但編碼錯誤，可改正為( 28D6) H。16、設存儲器容量為32 字，字長64位，模塊數(shù)m = 4，分別用順序方式和交叉方式進行組